Köpük Beton Numune Üretimi

Numunelerin hazırlanması Eskişehir Osmangazi Üniversitesi Yapı Malzemeleri Laboratuvarında betoniyer kullanılarak hazırlanmıştır. Bunun için % 0, % 20, % 40, % 60 katkılı olmak üzere 4 farklı deney grubu hazırlanmış olup hepsinden 5’er adet numune hazırlanmıştır. Bunlardan 3’er adet numune basınç dayanımı ve ultrases geçiş süresi deneyleri için, 2’er adet numune de 5x5x5cm kesilip bunlardan her bir deney ve sıcaklık grubu için; 1’er adet dijital görüntü işleme ve analizi için, 1’er adette EDX analizi ve SEM çekimleri için hazırlanmıştır. Deney olarak 20 °C, 100 °C, 400 °C ve 700 °C olmak üzere 4 adet sıcaklık etkisi göz önüne alınarak her grupta 20 tane numune olmak üzere toplam 80 adet 15x15x15cm’lik küp numuneler dökülmüştür.

3.2.1 Karışım oranları

Yapılan çalışmada 3 farklı hacimsel oranlarda köpük solüsyonu katkılı numuneler ve 1 deney grubu da katkısız numune olarak hazırlanmıştır. Köpük solüsyonu; içinde bulunan köpük ajanı su karışımı kütlesel olup hepsinde aynı olmakla beraber % 2.5 tir. Hazırlanan numunelerden % 0 katkısız olan, % 20, % 40, % 60, köpük solüsyonu katkılılarda oluşabilecek değişimleri gözlemlemek için kontrol grubu olarak dökülmüştür. Tüm deney gruplarında su-çimento oranı 0.4 alınmış olup kum-çimento oranı 1 olarak alınmıştır. Deney grupları hacimsel katkılı olarak % 20 % 40 % 60 alındığı için her bir grupta hazırlanan çimento harcında su-çimento ve kum-çimento oranları aynı olmakla beraber içerisine katılan köpük solüsyonu miktarına göre kütleleri değişmektedir. Hazırlanan numunelerdeki malzeme miktarları Çizelge 3.4’de gösterilmiştir.

Çizelge 3.4. Numunelerdeki malzeme miktarları 1m³ için kg cinsinden verilmiştir

Katkı oranı Çimento (kg) Kum (kg) Su (lt) Köpük

3.2.2 Karışımın hazırlanması

Karışımlardan ilk önce % 0 katkılı olan deney grubu hazırlanmıştır. Önce numune kalıpları yağlanıp döküme hazır hale getirildi. Çizelge 3.4 teki malzemeler, 20 adet numune için yeniden hesaplanarak elektronik tartıda tartılıp kütlelerine göre çimento harcı hazırlandı.

Şekil 3.4’de gösterilen betoniyer de yaklaşık 10-12 dakika karışım yapıldıktan sonra çimento harcı, hazırlanan numune kalıplarına döküldü. Hazırlana numuneler 24 saat prize bırakıldıktan sonra numune kalıplarından sökülüp kür havuzuna 27 gün sonra çıkarılmak üzere konulmuştur.

Şekil 3.4. Çimento harcının betoniyerde hazırlanması (çimento ve kum karışımı)

Hacimce % 0 katkılı beton dökümü bitince köpük solüsyonu katkılı beton üretimine geçilmiştir. Köpük solüsyonu hazırlanırken köpük ajanı ve su kütlece % 2.5 oranında karıştırılmıştır. Hazırlana çözelti Şekil 3.5’te gösterildiği gibi bir matkabın ucuna yerleştirilen kafes telli perde ile 10-12 dakika karıştırılarak köpük solüsyonu elde edilmiştir.

Elde edilen köpük solüsyonu tartılarak istenen karışım için gereken miktarda kullanılmak üzere Çizelge 3.4 de göre % 20, % 40, % 60 deney grubu için hazırlana çimento harçlarına dökülmüştür. Betoniyerde karışımı yapılan köpük beton çimento harcı, Şekil 3.6’da gösterilen yağlanmış numune kalplarına dökülerek 24 saat prize bırakılmıştır. Priz sonun da kalıplardan çıkartılan numuneler kür havuzuna 27 gün sonra çıkartılmak üzere bırakılmıştır.

Şekil 3.5. Köpük ajanının su ile karıştırılması

Şekil 3.6. Köpük betonun numune kalıplarına dökülmesi

3.3 Deneyler

Deneyler için hazırlanan numuneler, 27 gün kür havuzunda bekletilip çıkartıldıktan sonra her bir deney grubundan 1’er adet numune dijital görüntü işleme ve analizi, EDX analizi ve SEM çekimleri için 5x5x5cm’lik numuneler halinde kesilmiştir. Her deney grubundan 3’er adet 15x15x15cm numuneler ile 3’er adet 5x5x5cm’lik numuneler; 20 °C, 100 °C, 400 °C ve 700 °C yüksek sıcaklık etkisine maruz bırakıldıktan sonra;

15x15x15cm’lik numuneler birim ağırlık, ultrases geçiş süresi ve basınç dayanımı deneylerine tabi tutulmuştur. Aralarında sıcaklık farkıyla oluşabilecek değişiklikler karşılaştırılmıştır. Ayrıca 5x5x5cm’lik numunelerde dijital görüntü işleme ve analizi

yöntemiyle boşluk yapısı, dağılımları ve miktarı araştırılmış, EDX analizi ve SEM görüntüleme yöntemiyle yüksek sıcaklık ile oluşabilecek mikroskobik farklılıklar ve kimyasal değişimler araştırılmaya çalışılmıştır.

3.3.1 Birim ağırlık ve ultrases geçiş süresi deneyleri

Her deney grubundaki numunelerden 3’er adet alınarak yüksek sıcaklık etkilerine maruz bırakılmış işlem sonunda her deney grubu ve sıcaklıkta 16 adet deney grubu oluşturulmuştur. Tüm numuneler Şekil 3.7 (A) ve Şekil ek.1.’de gösterildiği gibi elektronik terazide ağırlıkları ölçülmüş ve kumpas yardımıyla boyutları ölçülüp birim ağırlıkları hesaplanmıştır. Ardından tüm numunelerin ultrases geçiş süresi Şekil 3.7 (B) ve Şekil ek.2.’de gösterildiği gibi ölçülmüştür. Direk iletim yöntemiyle bulunan ultrases geçiş süresi 10⁻⁶ saniye hassaslıkla µs cinsinden okunmuştur. Numune boyutunun süreye oranlanması ve 10 ile çarpılmasıyla km/s cinsinden ultrases geçiş hızları hesaplanmıştır.

Şekil 3.7. Birim ağırlık ve ultrases geçiş süresi deneyleri

3.3.2 Basınç dayanımı deneyleri

Yüksek sıcaklık deneyleri sonrası, tüm deney gruplarından 3’er adet numuneler Şekil 3.8’de gösterilen TS EN 12390-3 standardına uygun cihazda basınç dayanımı deneylerine tabi tutulmuştur. Deney sonuçlarında cihazın kN cinsinden verdiği değer MPa çevrilmiştir.

Deney sonunda Şekil ek.3.’te numunelerden biri gösterilmiştir.

Şekil 3.8. Basınç dayanımı deneyi

3.3.3 Isıl iletkenlik deneyi

Isıl iletkenlik deneyi için katkısız, % 20 ve % 40 katkılı numuneler 2x2x4cm boyutlarında kesilip ısı yalıtımı sağlaması amacıyla çevresi straforla kaplanarak Eskişehir Osmangazi Üniversitesi Kimya Laboratuvarında Şekil 3.9 da gösterilen cihazla deneye tabi tutulmuştur.

Şekil 3.9 Isı iletkenlik deneyi

3.3.4 Köpük betonda yüksek sıcaklık etkisinin belirlenmesi

Kür havuzunda 27 gün bekletilip süreç sonunda çıkartılan 80 adet numuneler 24 saat oda sıcaklığında kurumaya bırakılmıştır. Kuruma işlemi bittikten sonra 20 °C’deki toplam 12 adet numunenin sertleşmiş beton deneyleri yapıldı. 100 °C’deki deneyler için % 0, % 20,

% 40, % 60, deney gruplarından toplam 12 adet 15x15x15cm’lik ve 12 adet 5x5x5cm’lik numuneler hazırlanıp yüksek sıcaklık fırınına 3 saat boyunca 100 °C’ye maruz bırakılmıştır.

Deney sonunda numuneler 24 saat soğumaya bırakılmış olup ardından sertleşmiş beton deneyleri, dijital görüntü işleme ve analizi, SEM çekimleri ve EDX analizi yapılmıştır.

Şekil 3.10. Yüksek sıcaklık fırınında 400^𝑜𝐶’deki gösterge

Şekil 3.11. Yüksek sıcaklık fırınında deney sonrası numuneler

Sıcaklıkları 400 °C ve 700 °C olan her bir deney grubu için, Şekil 3.11’da gösterildiği gibi 12 adet 15x15x15cm ve 12 adet 5x5x5cm’lik numuneler hazırlanmıştır. Bu sıcaklıktaki deneylere başlamadan önce tüm numuneler etüvde 100 °C’de 1 saat ısıtılıp beton içindeki suyun buharlaşması sağlamıştır, nedeni ise yüksek sıcaklıklarda beton yapısında bulunan su ve su buharının basınç ile betonun çatlatmasını önlemektir. Etüvden sonra tüm numuneler Şekil 3.10’da gösterilen TS EN 1363-1’e standardına uygun olan ısınma ısısı 6 °C/dak olan yüksek sıcaklık fırınında 400 °C ve 700 °C’de 3 saat boyunca deney yapılmıştır. Şekil ek.4.’te gösterildiği gibi işlem sonunda numuneler 24 saat soğumaya bırakıldıktan sonra sertleşmiş beton deneylerine geçilmiştir. 5x5x5cm’lik numuneler ise dijital görüntü işleme ve analizi ve EDX analizi ve SEM çekimleri için 1x1x1cm’lik numuneler halinde kesilip söz konusu incelemelere tabi tutulmuştur.

3.3.5 SEM çekimleri ve EDX analizi

SEM çekimleri için 1 cm den kısa 0.5 cm yüksekliğini aşmayacak şekilde hazırlanan numuneler Anadolu Üniversitesi Malzeme Bilimi Laboratuvarında SEM çekimleri ve EDX analizi için incelenmesi yapılmıştır. % 60 katkılı numuneler % 40 katkılı numunelere yakın deney sonuçları verdiği için % 60 katkılı numuneler dijital görüntü analizi ve SEM çekimleri incelemelerine tutulmadı. Geriye kalan 12 adet numuneler, Şekil 3.12’de gösterildiği gibi 6’lı gruplar halinde önce 20 dakika kadar altın ile kaplanıp sonra Şekil 3.13’deki gibi elektron mikroskobuna yerleştirilmiştir. Elektron mikroskobuna yerleştirilen numuneler 250x, 1500x ve 15000x büyütme ile çekimleri yapılmıştır. SEM analizi yapılırken diğer 6’li numunelerin altın ile kaplaması yapılmıştır. SEM analizinde 250x büyütmede numunenin kimyasal yapısını analiz etmek için genel EDX analizi yapılmıştır. 1500x büyütmede birbirinden farklı noktalara EDX analizi yapılmıştır. Deney sonrasında elde edilen görüntülerden 2 tanesi Şekil ek.5.’te gösterilmiştir

Şekil 3.12. SEM çekimleri için hazırlanan numunelerin kaplamasının yapılması

Şekil 3.13. Altın ile kaplanan numunelerin SEM cihazına yerleştirilmesi ve incelenmesi

3.3.6 Dijital görüntü işleme ve analizi

Dijital Görüntü işleme ve analizi için numuneler yapılacak işleme göre kesilip Ortadoğu Teknik Üniversitesi Biyoloji Bölümündeki Bimaten Laboratuvarında analize tabi tutulmuştur. 12 adet numune sırayla Şekil 3.14’de gösterilen dijital görüntü işleme cihazına yerleştirilip taraması Hamamatsu C9300 13 MP kamera kullanılarak yapıldı. Taramada

numunenin her bir katmanı 1 görüntü alarak piksel cinsinden taraması yapıldı. Tüm numunelerin görüntü analizleri yapıldıktan sonra görüntü işleme için ScanIP32-bit programı kullanıldı. Programda her bir numuneye ait görüntü verileri işlenerek numunelerdeki boşluk oranları hesaplanıp, boşluk dağılımları dijital görüntü yapılarak gösterilmiştir.

Şekil 3.14. Dijital görüntü analizi yapılan cihaz